Wärmeleistung rohrförmiger Brennelemente des Zentralkanals eines Reaktors der Linie Natururan-Gas-Graphit

Bröckerhoff, P.

Book/Report

FZJ-2017-04649

Wärmeleistung rohrförmiger Brennelemente des Zentralkanals eines Reaktors der Linie Natururan-Gas-Graphit

Bröckerhoff, P. (Corresponding author)FZJ*

1971
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag Jülich

Jülich : Kernforschungsanlage Jülich, Verlag, Berichte der Kernforschungsanlage Jülich 753, 106 p. (1971)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/14913

Report No.: Juel-0753-RB

Abstract: Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der wärme- und strömungstechnischen Auslegung rohrförmiger, außen und innen gekühlter Brennelemente für den Reaktortyp der Linie Natururan-Gas -Graphit. Zunächst wurden Gleichungen zur Berechnung der Kühlmittelverteilung auf den äußeren und inneren Teilkanal hergeleitet. Dabei mußten am Rohrmodellanfang und -ende fiktive Vor- und Nachlaufkanäle definiert werden, die die Festlegung geeigneter Zu- und Abströmbedingungen ermöglichten. Unter Annahme konstanten Gesamtdrucks in einer Ebene vor Eintritt in das Brennelement und konstanten statischen Druckes am Ende konnten Beziehungen angegeben werden, die Energieverluste infolge Strahleinschnürung und Stoß, Reibungsdruckverluste und Anlaufeffekte berücksichtigen. Die Gleichungen zur Berechnung der Stromverzweigungsfaktoren, die das Verhältnis des äußeren Mengenstromes zum inneren Mengenstrom darstellen, war nur iterativ lösbar. Diese Berechnungsunterlagen wurden experimentell an glatten und berippten Rohrmodellen überprüft. Plexiglasrohre dienten als Kühlkanal. Als Außenhüllrohre standen Pfeilrippen, als Innenhüllrohre Pfeil-, Längs - und Querrippen zur Verfügung. Vor Beginn der Verzweigungsmessungen mußten die Druckverlustbeiwerte der Außen- und Innenkanäle in getrennten Versuchen ermittelt werden. Da eine geeignete Bezugsgröße fehlte, wurde für die Außenrippenrohre der glatte Innendurchmesser, für die Innenrippenrohre der glatte Außendurchmesser zur Berechnung der Reynolds-Zahl und der Druckverlustbeiwerte eingesetzt. An glatten Rohrmodellen erfolgte die Bestimmung der Verzweigungsfaktoren zum einen über eine Druckverlustmessung im Außenkanal, zum anderen mit Hilfe eines Prandtl-Rohres, das in die Rohrachse des Innenkanals montiert wurde. Da sich gute Übereinstimmung ergab, wurde die Verzweigung bei Rippenrohren über eine Druckabfallmessung im äußeren Kanal bestimmt. Messungen statischer Drücke in Strömungsrichtung an glatten Rohren ermöglichten die Berechnung der Verluste infolge Strahleinschnürung am Modellanfang. Die theoretische Berechnung der Verzweigungsfaktoren erfolgte mit den zuvor gemessenen Beiwerten für Druckverlust und Strahle ins chnürung, die Stoßverluste wurden nach Literaturangaben berechnet. Eine Vernachlässigungder Ein- und Austrittsverluste führte bei glatten Rohrmodellen mit großer Versperrung zu Abweichungen bis zu 8 % gegenüber den Meßwerten, bei berippten Rohren bis zu 15 %. Der Einfluß der Verluste infolge Einschnürung und Stoß nimmt mit abnehmender Rohrmodellänge zu. Für die Ermittlung von Wärme- und Gebläseleistung rohrförmiger Brennelemente unter typischen Reaktorbedingungen wurde ein Rechenprogramm erstellt. Die Berechnung erfolgte für ein durchgehendes Brennelement von 9 mLänge und für eine sinusförmige Flußverteilung. Axiale Wärmeleitung im Brennstoff und in den Hüllen blieben unberücksichtigt. Die Berechnungen wurden schrittweise unter Beachtung der druck- und temperaturabhängigen Stoffwerte durchgeführt. Das Kühlmedium Kohlendioxid trat mit einer Temperatur von 220 $^\circ$C und einem Druck von 45 bar in das Brennelement ein. [...]

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